CN220874230U - 分布式屋顶光伏微电网供配电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源供配电技术领域，并具体公开了一种分布式屋顶光伏微电网供配电系统，包括：光伏储能单元、电池储能单元、光伏储能变流器、第一直流开关、第二直流开关、第一交流开关、第二交流开关、低压交流母线和切换开关、市电电源、飞轮储能单元、飞轮储能变流器、第三直流开关和第三交流开关；光伏储能单元通过第一直流开关连接光伏储能变流器的一端；电池储能单元通过第二直流开关连接光伏储能变流器的一端；光伏储能变流器的另一端通过第一交流开关连接低压交流母线，光伏储能变流器用于将光伏储能单元和电池储能单元输出的直流电转换为市电频率电压。本实用新型解决因冲击性负载导致企业峰值用电功率高的问题，降低成本，节能减排。

Description

分布式屋顶光伏微电网供配电系统

技术领域

本实用新型涉及新能源供配电技术领域，尤其是涉及一种分布式屋顶光伏微电网供配电系统。

背景技术

目前，传统的工业企业大部分使用市电供电，并根据用电负荷特性和新能源消纳等情况，每日电力供应被划分为高峰、平时和低谷三个阶段，每个阶段有不同的电价。然而，部分高耗企业由于生产特性，容易出现频繁的冲击性负载，冲击性负载的突然增大会对电网造成冲击，影响电网的稳定性和供电质量。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中企业用电电费高，冲击性负载导致企业峰值用电功率高的技术问题。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种分布式屋顶光伏微电网供配电系统，该系统能够解决因冲击性负载导致企业峰值用电功率高的问题，从而提高电网稳定性和供电质量。

为了解决上述问题，本实用新型第一方面提出一种分布式屋顶光伏微电网供配电系统，包括：光伏储能单元、电池储能单元、光伏储能变流器、第一直流开关、第二直流开关、第一交流开关、第二交流开关、低压交流母线和切换开关、市电电源、飞轮储能单元、飞轮储能变流器、第三直流开关和第三交流开关；所述光伏储能单元通过所述第一直流开关连接所述光伏储能变流器的一端；所述电池储能单元通过所述第二直流开关连接所述光伏储能变流器的一端；所述光伏储能变流器的另一端通过所述第一交流开关连接所述低压交流母线，所述光伏储能变流器用于将所述光伏储能单元和所述电池储能单元输出的直流电转换为市电频率电压；所述低压交流母线依次通过所述第二交流开关及所述切换开关连接用电负载；所述市电电源通过所述切换开关连接所述用电负载；所述飞轮储能单元通过所述第三直流开关连接所述飞轮储能变流器的一端；所述飞轮储能变流器的另一端通过所述第三交流开关连接所述低压交流母线。

根据本实用新型的分布式屋顶光伏微电网供配电系统，利用光伏储能单元、电池储能单元、市电电源、光伏储能变流器、低压交流母线以及多种开关，构建分布式屋顶光伏微电网供配电系统，能够解决因冲击性负载导致企业峰值用电功率高的问题，为企业节省电费支出，从而提高电网稳定性和供电质量。

进一步地，所述光伏储能单元包括：至少一个光伏组件，所述至少一个光伏组件用于将光能转换为电能；直流汇流箱，所述直流汇流箱的一端与所述至少一个光伏组件连接，用于将所述至少一个光伏组件输出的电能进行汇流；直流配电箱，所述直流配电箱的一端连接所述直流汇流箱的另一端，用于对所述直流汇流箱输出的直流电进行分配、监控和保护；功率变换器，所述功率变换器的一端连接所述直流配电箱的另一端，所述功率变换器的另一端通过所述第一直流开关连接所述光伏储能变流器，所述功率变换器的另一端还通过所述第一直流开关和所述第二直流开关连接所述电池储能单元，所述功率变换器用于对所述直流配电箱输出的直流电进行电压转换。

进一步地，所述飞轮储能单元包括至少一个飞轮储能装置，所述至少一个飞轮储能装置通过所述第三直流开关连接所述飞轮储能变流器的一端。

进一步地，分布式屋顶光伏微电网供配电系统还包括：微电网能量管理单元，所述微电网能量管理单元与所述电池储能单元连接，用于监测所述电池储能单元的运行状态。

进一步地，所述微电网能量管理单元与所述飞轮储能单元连接，用于监测所述飞轮储能单元的运行状态。

进一步地，所述微电网能量管理单元分别与所述市电电源和所述光伏储能单元连接，用于根据接收到的调控指令来协调所述光伏储能单元、所述市电电源、所述电池储能单元及所述飞轮储能单元之间的运行状态。

进一步地，所述电池储能单元包括至少一个电池组，每个所述电池组包括一个或多个串联的电芯；所述至少一个电池组的正极通过所述第二直流开关连接所述光伏储能变流器的一端。

进一步地，所述功率变换器为DC/DC双向功率变换器。

进一步地，所述切换开关为ATS（Automatic Transfer Switch，自动转换开关）自动切换开关。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的分布式屋顶光伏微电网供配电系统的整体结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的分布式屋顶光伏日照时数示意图。

附图标记说明：

10-光伏储能单元；11-光伏组件；111-光伏组件A；112-光伏组件B；12-直流汇流箱；13-直流配电箱；14-功率变换器；

20-电池储能单元；21-电池组；211-电池组A；212-电池组B；

30-光伏储能变流器；40-第一直流开关；50-第二直流开关；60-第一交流开关；70-第二交流开关；80-低压交流母线；90-切换开关；100-市电电源；

110-飞轮储能单元；1101-飞轮储能装置；11011-飞轮储能装置A；11012-飞轮储能装置B；

120-飞轮储能变流器；130-第三直流开关；140-第三交流开关；150-微电网能量管理单元；160-用电负载。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。

下面参考图1-图2描述根据本实用新型实施例的分布式屋顶光伏微电网供配电系统。

图1是根据本实用新型一个实施例的分布式屋顶光伏微电网供配电系统的整体结构示意图。如图1所示，该分布式屋顶光伏微电网供配电系统包括：光伏储能单元10、电池储能单元20、光伏储能变流器30、第一直流开关40、第二直流开关50、第一交流开关60、第二交流开关70、低压交流母线80和切换开关90、市电电源100、飞轮储能单元110、飞轮储能变流器120、第三直流开关130和第三交流开关140。

其中，光伏储能单元10通过第一直流开关40连接光伏储能变流器30的一端；电池储能单元20通过第二直流开关50连接光伏储能变流器30的一端；光伏储能变流器30的另一端通过第一交流开关60连接低压交流母线80，光伏储能变流器30用于将光伏储能单元10和电池储能单元20输出的直流电转换为市电频率电压；低压交流母线80依次通过第二交流开关70及切换开关90连接用电负载160；市电电源100通过切换开关90连接用电负载160；飞轮储能单元110通过第三直流开关130连接飞轮储能变流器120的一端；飞轮储能变流器120的另一端通过第三交流开关140连接低压交流母线80。

具体而言，光伏储能单元10可以将光能转换为直流电能，通过第一直流开关40，光伏储能单元10可以与光伏储能变流器30的一端连接，以实现电能的传输和控制。

电池储能单元20用于储存电能，当光伏储能单元10产生的电能多于分布式屋顶光伏微电网供配电系统需求时，多余的电能可以储存在电池储能单元20中；当光伏储能单元10产生的电能不足以满足分布式屋顶光伏微电网供配电系统需求时，电池储能单元20可以释放储存的电能来补充。通过第二直流开关50，电池储能单元20可以与光伏储能变流器30的一端连接，实现电能的储存和释放。

光伏储能变流器30是一个电力电子设备，其主要是将光伏储能单元10和电池储能单元20输出的直流电能转换为交流电能，以满足大多数用电负载160的需求。该光伏储能变流器30能够将不同电压等级的直流电能转换为市电频率的交流电能，确保电能的质量和稳定性。其中，光伏储能变流器30的一端通过第一直流开关40和第二直流开关50分别与光伏储能单元10和电池储能单元20连接，另一端则通过第一交流开关60与低压交流母线80连接，第一直流开关40和第二直流开关50用于控制光伏储能单元10和电池储能单元20与光伏储能变流器30之间的电气连接，例如，当第二直流开关50处于闭合状态时，允许电能从电池储能单元20流向光伏储能变流器30；当第二直流开关50处于断开状态时，则切断这一路径，实现电气隔离。

具体的，第一交流开关60用于控制光伏储能变流器30与低压交流母线80之间的电气连接，通过这个开关，可以控制光伏储能变流器30是否将转换后的交流电能输出到低压交流母线80上。低压交流母线80是分布式屋顶光伏微电网供配电系统中的主要电能传输线路，将来自光伏储能变流器30的交流电能分配给各个用电负载160。第二交流开关70位于低压交流母线80与切换开关90之间，用于控制低压交流母线80与切换开关90之间的电气连接，通过这个开关，可以实现低压交流母线80与切换开关90之间的电气隔离或连接。切换开关90用于在市电电源100和微电网之间实现自动或手动切换，当市电电源100正常时，切换开关90选择市电电源100作为主电源供电；当市电电源100中断或异常时，切换开关90会自动或手动切换到微电网供电模式，确保用电负载160的连续供电，通过切换开关90，市电电源100可以与低压交流母线80连接，为用电负载160提供电能。

飞轮储能是一种机械储能方式，通过高速旋转的飞轮来存储能量，飞轮储能单元110可以在电能过剩时吸收多余的电能，将其转换为飞轮的动能存储起来，在供电不足时，飞轮释放存储的动能，飞轮储能单元110支持多台并联以满足设计要求的功率和容量，飞轮储能单元110通过飞轮储能变流器120将机械能转换为电能，供给分布式屋顶光伏微电网供配电系统使用。

飞轮储能变流器120的一端通过第三直流开关130与飞轮储能单元110相连，其中，飞轮储能变流器120是用于飞轮储能单元110与用电负载160之间实现电能双向变换的功率电力电子设备，具有充放电功能和有功功率控制功能；飞轮储能变流器120的另一端则通过第三交流开关140连接到低压交流母线80，飞轮储能变流器120的主要功能是实现电能和飞轮机械能之间的转换，即在需要时将飞轮中存储的动能转换为电能供给分布式屋顶光伏微电网供配电系统，或者将分布式屋顶光伏微电网供配电系统中的多余电能转换为动能存储在飞轮中。

第三直流开关130位于飞轮储能单元110和飞轮储能变流器120之间，用于控制直流电能从飞轮储能单元110到飞轮储能变流器120的流动，通过打开或关闭这个开关，分布式屋顶光伏微电网供配电系统可以灵活地管理飞轮储能单元110的充放电过程。

第三交流开关140位于飞轮储能变流器120和低压交流母线80之间，负责控制交流电能从飞轮储能变流器120到低压交流母线80的流动，通过操作这个开关，分布式屋顶光伏微电网供配电系统可以实现飞轮储能单元110与整个微电网之间的连接和断开，以适应不同的运行模式和需求。

从而，上述的分布式屋顶光伏微电网供配电系统，利用光伏储能单元、电池储能单元、市电电源、光伏储能变流器、低压交流母线以及多种开关，构建分布式屋顶光伏微电网供配电系统，能够解决因冲击性负载导致企业峰值用电功率高的问题，为企业节省电费支出，从而提高电网稳定性和供电质量。

在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，光伏储能单元10包括：至少一个光伏组件11，至少一个光伏组件11用于将光能转换为电能；直流汇流箱12，直流汇流箱12的一端与至少一个光伏组件11连接，用于将至少一个光伏组件11输出的电能进行汇流；直流配电箱13，直流配电箱13的一端连接直流汇流箱12的另一端，用于对直流汇流箱12输出的直流电进行分配、监控和保护；功率变换器14，功率变换器14的一端连接直流配电箱13的另一端，功率变换器14的另一端通过第一直流开关40连接光伏储能变流器30，功率变换器14的另一端还通过第一直流开关40和第二直流开关50连接电池储能单元20，功率变换器14用于对直流配电箱13输出的直流电进行电压转换。

具体的，如图1所示，光伏储能单元10包括至少一个光伏组件11，至少一个光伏组件11例如包括光伏组件A111和光伏组件B112，其中，光伏组件A111和光伏组件B112通常由多个太阳能电池板组成，这些光伏组件11通常安装在屋顶上，直接接收太阳光并将光能转换为电能，光伏组件A111和光伏组件B112经汇流后连接至直流汇流箱12的一端，直流汇流箱12能够将光伏组件A111和光伏组件B112输出的电能进行汇流，可理解为将多个光伏组件11产生的电能集合在一起，以保证光伏组件11的有序连接和汇流功能，便于后续的处理和分配。直流汇流箱12的另一端与直流配电箱13的输入端连接，以对汇流后的电能进行分配、监控和保护，即，直流汇流箱12能够将电能分配给不同的用电负载160或分布式屋顶光伏微电网供配电系统组件，同时还能够监控电流和电压的状态，以确保分布式屋顶光伏微电网供配电系统的安全运行。

功率变换器14连接在直流配电箱13的输出端，并且通过第一直流开关40与光伏储能变流器30连接，光伏储能变流器30可将光伏组件11产生的直流电压转换为市电频率电压，功率变换器14的输出端还通过第一直流开关40和第二直流开关50连接电池储能单元20。功率变换器14能够对直流配电箱13输出的直流电进行电压转换，以适应分布式屋顶光伏微电网供配电系统的需求，例如，功率变换器14可以将较高的直流电压转换为较低的直流电压，或者将较低的直流电压转换为较高的直流电压。

第一直流开关40和第二直流开关50在分布式屋顶光伏微电网供配电系统中起到了控制和隔离的作用，第一直流开关40连接在功率变换器14和光伏储能变流器30之间，用于控制电能流向光伏储能变流器30。第二直流开关50连接在功率变换器14和电池储能单元20之间，用于控制电能流向电池储能单元20，通过这些开关，分布式屋顶光伏微电网供配电系统可以灵活地管理电能的流动和分配。

在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，飞轮储能单元110包括至少一个飞轮储能装置1101，至少一个飞轮储能装置1101通过第三直流开关130连接飞轮储能变流器120的一端。

具体而言，如图1所示，飞轮储能单元110包括至少一个飞轮储能装置1101，至少一个飞轮储能装置1101例如可包括飞轮储能装置A11011和飞轮储能装置B11012，飞轮储能装置1101的数量可以根据实际需求进行配置，例如可以根据分布式屋顶光伏微电网供配电系统的储能需求和空间限制来决定使用一个还是多个飞轮储能装置1101，多个飞轮储能装置1101可以相应的连接，以满足不同的储能容量和功率要求。

飞轮储能装置A11011和飞轮储能装置B11012通过第三直流开关130连接于飞轮储能变流器120的一端，其中，第三直流开关130起到了控制和隔离的作用，通过打开或关闭第三直流开关130，可以控制电能从飞轮储能装置1101到飞轮储能变流器120的流动，从而实现飞轮储能单元110的充放电控制；飞轮储能变流器120可将飞轮储能装置1101中储存的机械能转换为电能，或者将电能转换为机械能储存到飞轮中，飞轮储能变流器120通过与飞轮储能装置1101连接，实现了电能和机械能之间的转换和传递，以确保电能转换的效率和稳定性。

在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，分布式屋顶光伏微电网供配电系统还包括：微电网能量管理单元150，微电网能量管理单元150与电池储能单元20连接，用于监测电池储能单元20的运行状态。

具体而言，如图1所示，微电网能量管理单元150与电池储能单元20连接，能够在微电网运行过程中进行综合调度，通过采集和分析电池储能单元20的各种运行数据，可以实时监测和诊断电池储能单元20的运行状态，例如包括电池的电量、温度、电压等参数，通过微电网能量管理单元150的监测功能，分布式屋顶光伏微电网供配电系统能够及时发现电池储能单元20可能出现的故障或异常情况，以提前预警并采取相应的措施，有助于防止电池储能单元20因过充、过放、过温等问题导致安全隐患，从而保障分布式屋顶光伏微电网供配电系统的稳定运行。

此外，微电网能量管理单元150还可以对电池储能单元20的充放电策略进行优化，实现能量的高效利用，根据分布式屋顶光伏微电网供配电系统的实时需求和至少一个光伏组件11的发电情况，微电网能量管理单元150可以调整电池储能单元20的充放电功率和时间，使电池储能单元20在微电网中发挥更大的作用。

在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，微电网能量管理单元150与飞轮储能单元110连接，用于监测飞轮储能单元110的运行状态。

具体而言，微电网能量管理单元150与飞轮储能单元110连接，能够实时监测和诊断飞轮储能单元110的运行状态，例如包括转速、可用电量、温度、电流、电压等参数，根据飞轮储能单元110的运行状态，能够及时发现可能存在的问题，并采取相应的措施进行干预。例如，当飞轮储能单元110出现温度过高或储能效率下降时，微电网能量管理单元150可以发出预警，提醒运维人员进行检查和维护，或者调整飞轮储能单元110的运行状态，以保证其正常运行和储能效果。

此外，微电网能量管理单元150还可以根据飞轮储能单元110的运行状态和微电网的整体需求，对飞轮储能装置1101的充放电过程进行优化，通过调度和控制，微电网能量管理单元150可以确保飞轮储能单元110在需要时能够提供足够的能量支持，提高微电网的稳定性和供电可靠性，从而实现对能量的高效利用。

在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，微电网能量管理单元150分别与市电电源100和光伏储能单元10连接，用于根据接收到的调控指令来协调光伏储能单元10、市电电源100、电池储能单元20及飞轮储能单元110之间的运行状态。

具体而言，如图1所示，微电网能量管理单元150与市电电源100和光伏储能单元10也建立了连接，使得微电网能量管理单元150能够全面掌控整个分布式屋顶光伏微电网供配电系统的运行状态，并根据接收到的调控指令来协调各个组成部分之间的运行。

具体来说，微电网能量管理单元150可以实时接收调控指令，这些调控指令例如包括对光伏储能单元10的发电功率调整指令、对电池储能单元20的充放电策略优化指令、对飞轮储能单元110的储能和释放控制指令以及市电电源100之间运行模式的切换指令等。

在接收到调控指令后，微电网能量管理单元150会迅速分析当前分布式屋顶光伏微电网供配电系统的运行状态，包括光伏储能单元10的电量状态、至少一个光伏组件11的发电情况、市电电源100的供电状况等，然后，微电网能量管理单元150会根据分析结果和调控指令的要求，智能地调整各个组成部分的运行状态，以确保整个分布式屋顶光伏微电网供配电系统的稳定、高效和安全运行。

例如，当市电电源100出现故障或供电不足时，微电网能量管理单元150可以迅速切换模式，并优先调用光伏储能单元10和电池储能单元20的电能来供应用电负载160。同时，微电网能量管理单元150还可以根据用电负载160的需求和至少一个光伏组件11的发电情况，动态调整飞轮储能单元110的储能和释放策略，以实现电能的平衡和优化利用。

总之，微电网能量管理单元150可以协调市电电源100、电池储能单元20、飞轮储能单元110与至少一个光伏组件11之间的配合运行。当至少一个光伏组件11发电波动性较大时，电池储能单元20和飞轮储能单元110可以通过充放电控制来平稳输出电能，提高光伏组件11发电的经济性、可靠性和稳定性。

在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，电池储能单元20包括至少一个电池组21，每个电池组21包括一个或多个串联的电芯；至少一个电池组21的正极通过第二直流开关50连接光伏储能变流器30的一端。

具体的，如图1所示，电池储能单元20由至少一个电池组21组成，至少一个电池组21例如包括电池组A211和电池组B212，每个电池组21由一个或多个串联的电芯组成，电芯是电池的基本单元，通过串联连接，可以提高电池组21的电压等级，从而满足分布式屋顶光伏微电网供配电系统的需求。

并且，电池组21的数量和配置可以根据实际需要进行选择，如果需要更大的储能容量，可以增加电池组21的数量或者增加每个电池组21中电芯的数量。同时，电池组21的连接方式也可以根据实际情况进行选择，例如可以采用并联连接来提高电流输出能力，或者采用串并联组合连接来同时提高电压和电流输出能力。

如图1所示，至少一个电池组21的正极通过第二直流开关50连接光伏储能变流器30的一端，第二直流开关50在这里起到了控制和隔离的作用，当第二直流开关50闭合时，至少一个电池组21与光伏储能变流器30之间形成电气连接，至少一个电池组21可以向光伏储能变流器30提供电能，或者从光伏储能变流器30接收电能进行充电。当第二直流开关50断开时，至少一个电池组21与光伏储能变流器30之间的电气连接被切断，这样可以保护电池组21使其免受过充、过放等不良影响，同时也可以在维护或检修时提供安全保障。

在本实用新型的一个实施例中，功率变换器14为DC/DC双向功率变换器。

具体的，DC/DC双向功率变换器是一种能够在直流电压之间实现双向能量转换的设备，不仅能够将直流电能从一个电压等级转换到另一个电压等级，还能够根据分布式屋顶光伏微电网供配电系统的需要实现电能的双向流动。

具体来说，DC/DC双向功率变换器可以将光伏组件11输出的直流电压变换为适合电池储能单元20充电的直流电压，实现对电池储能单元20的充电，即DC/DC双向功率变换器可以在电池储能单元20和光伏储能单元10之间进行电能的双向转换，当光伏储能单元10产生的电能多于分布式屋顶光伏微电网供配电系统需求时，多余的电能可以通过DC/DC双向功率变换器转换并储存在电池储能单元20中，实现电能的储存。而当分布式屋顶光伏微电网供配电系统需求大于光伏储能单元10的发电能力时，电池储能单元20中储存的电能可以通过DC/DC双向功率变换器释放出来，补充分布式屋顶光伏微电网供配电系统的电能需求，实现电能的释放。

此外，DC/DC双向功率变换器还具备较高的转换效率和稳定的性能，能够快速响应分布式屋顶光伏微电网供配电系统的变化，实时调整电能的转换和流动，以满足分布式屋顶光伏微电网供配电系统的实时需求。同时，DC/DC双向功率变换器还能够实现电能的平滑过渡和调节，避免分布式屋顶光伏微电网供配电系统出现电压波动和不稳定的情况。

在本实用新型的一个实施例中，切换开关90为ATS自动切换开关。

其中，ATS自动切换开关是一种能够在两个或多个电源之间自动选择并切换到合适电源的装置。

具体的，在分布式屋顶光伏微电网供配电系统中，ATS自动切换开关主要在市电电源100和微电网之间实现自动切换。当市电电源100正常供电时，ATS自动切换开关会选择市电电源100作为主电源，向用电负载160提供稳定的电能。而当市电电源100出现故障或中断时，ATS自动切换开关会迅速切换到微电网供电模式，确保用电负载160的连续供电。这种自动切换的过程可以在毫秒级别的时间内完成，从而保证了用电负载160的不间断供电。

ATS自动切换开关具有高度的可靠性和稳定性，能够在恶劣的环境条件下正常工作。同时，ATS自动切换开关还能够实现电源之间的平滑切换，避免用电负载160受到电压波动和冲击的影响。此外，ATS自动切换开关还具备智能化管理和保护功能，可以实时监测电源的状态和用电负载160的运行情况，并在必要时采取保护措施，确保分布式屋顶光伏微电网供配电系统的安全运行。

在具体实施例中，结合图2所示的分布式屋顶光伏日照时数示意图，描述该分布式屋顶光伏微电网供配电系统的工作原理。

光伏发电为纯离网运行模式，自发自用，余电不能上网。通过光伏储能单元10和电池储能单元20和市电电源100，同时也结合飞轮储能单元110，解决了企业峰平期间用电的问题。具体的，白天采用光伏储能单元10和电池储能单元20为用电负载160提供电能，若遇到异常天气光伏组件11无法发电时，市电电源100与电池储能单元20联合供电，夜间采用市电电源100为用电负载160供电。并且，利用飞轮储能单元110可短时间、大功率、快速充放电的能力平抑企业用电期间可能产生的冲击性负载，或用于平滑光伏组件11发电期间功率波动的问题。

如图2所示，分布式屋顶光伏日照时间段为4:00～20:00，日照时数为7:00～16:00，峰值日照时数为10:00～14:00，参考某地区峰谷平电价执行时间段，可以看出，按经济性分析，至少一个光伏组件11和电池储能单元20在每日7点至21点时间段内放电经济性最高，4点至6点日照强度较弱期间，至少一个光伏组件11可为电池储能单元20充电，谷电期间使用市电电源100为用电负载160供电。

参考表1，展示了峰谷平各时间段，市电、光伏和电池储能的投退时间设置。

表1：峰谷平各时间段内市电、光伏和电池储能的投退时间示例

结合表1所示，0:00～4:00谷电期间，光伏组件11不发电，使用市电电源100为用电负载160供电；4:00～7:00谷电期间，日照强度较弱期间，光伏组件11为电池储能单元20充电，使用市电电源100为用电负载160供电；7:00～8:00平价期间和8:00～9:00峰电期间，日照强度逐渐增强，使用光伏组件11发电和电池储能单元20放电同时为用电负载160供电；10:00～14:00期间，日照强度最强，使用光伏组件11发电为用电负载160供电，若光伏组件11发电量大于用电负载160用电量，多余电能存入电池储能单元20；14:00～20:00期间，日照强度逐渐减弱，光伏组件11发电和电池储能单元20放电同时为用电负载160供电；20:00～21:00峰电期间，光伏组件11不发电，使用市电电源100和电池储能单元20放电同时为用电负载160供电；21:00～24:00谷电期间，光伏组件11不发电，使用市电电源100为用电负载160供电。

针对表1中的峰谷平时间段，市电、光伏和电池储能投退时间设置仅为参考，实际需综合考虑负载功率日变化情况、光照强度变化情况以及光伏组件发电情况，制定经济性高的控制策略。

综上，本实施例的整体运行逻辑为：光伏组件11的发电量大于用电负载160的用电量时，多余电能存入电池储能单元20，若遇到异常天气光伏组件11无法发电时，采用电池储能单元20配合市电电源100在不同峰谷平时间段为用电负载160供电，夜间谷期期间采用市电电源100为用电负载160供电，余电不能上网，光伏组件11不能并网，但需考虑光伏组件11发电不足情况下市电电源100供电。飞轮储能单元110在发生冲击性负载期间以及光伏组件11发电功率波动期间，通过快速大功率充放电来平抑冲击性负载带来的功率波动以及平抑光伏组件11发电的功率波动。

由此，根据本实用新型实施例的分布式屋顶光伏微电网供配电系统，利用光伏储能单元、电池储能单元、市电电源、光伏储能变流器、低压交流母线以及多种开关，构建分布式屋顶光伏微电网供配电系统，能够解决因冲击性负载导致企业峰值用电功率高的问题，为企业节省电费支出，从而提高电网稳定性和供电质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种分布式屋顶光伏微电网供配电系统，其特征在于，包括：光伏储能单元、电池储能单元、光伏储能变流器、第一直流开关、第二直流开关、第一交流开关、第二交流开关、低压交流母线和切换开关、市电电源、飞轮储能单元、飞轮储能变流器、第三直流开关和第三交流开关；

所述光伏储能单元通过所述第一直流开关连接所述光伏储能变流器的一端；

所述电池储能单元通过所述第二直流开关连接所述光伏储能变流器的一端；

所述光伏储能变流器的另一端通过所述第一交流开关连接所述低压交流母线，所述光伏储能变流器用于将所述光伏储能单元和所述电池储能单元输出的直流电转换为市电频率电压；

所述低压交流母线依次通过所述第二交流开关及所述切换开关连接用电负载；

所述市电电源通过所述切换开关连接所述用电负载；

所述飞轮储能单元通过所述第三直流开关连接所述飞轮储能变流器的一端；

所述飞轮储能变流器的另一端通过所述第三交流开关连接所述低压交流母线。

2.根据权利要求1所述的分布式屋顶光伏微电网供配电系统，其特征在于，所述光伏储能单元包括：

至少一个光伏组件，所述至少一个光伏组件用于将光能转换为电能；

直流汇流箱，所述直流汇流箱的一端与所述至少一个光伏组件连接，用于将所述至少一个光伏组件输出的电能进行汇流；

直流配电箱，所述直流配电箱的一端连接所述直流汇流箱的另一端，用于对所述直流汇流箱输出的直流电进行分配、监控和保护；

功率变换器，所述功率变换器的一端连接所述直流配电箱的另一端，所述功率变换器的另一端通过所述第一直流开关连接所述光伏储能变流器，所述功率变换器的另一端还通过所述第一直流开关和所述第二直流开关连接所述电池储能单元，所述功率变换器用于对所述直流配电箱输出的直流电进行电压转换。

3.根据权利要求1所述的分布式屋顶光伏微电网供配电系统，其特征在于，所述飞轮储能单元包括至少一个飞轮储能装置，所述至少一个飞轮储能装置通过所述第三直流开关连接所述飞轮储能变流器的一端。

4.根据权利要求1所述的分布式屋顶光伏微电网供配电系统，其特征在于，还包括：

微电网能量管理单元，所述微电网能量管理单元与所述电池储能单元连接，用于监测所述电池储能单元的运行状态。

5.根据权利要求4所述的分布式屋顶光伏微电网供配电系统，其特征在于，所述微电网能量管理单元与所述飞轮储能单元连接，用于监测所述飞轮储能单元的运行状态。

6.根据权利要求5所述的分布式屋顶光伏微电网供配电系统，其特征在于，所述微电网能量管理单元分别与所述市电电源和所述光伏储能单元连接，用于根据接收到的调控指令来协调所述光伏储能单元、所述市电电源、所述电池储能单元及所述飞轮储能单元之间的运行状态。

7.根据权利要求1所述的分布式屋顶光伏微电网供配电系统，其特征在于，所述电池储能单元包括至少一个电池组，每个电池组包括一个或多个串联的电芯；

所述至少一个电池组的正极通过所述第二直流开关连接所述光伏储能变流器的一端。

8.根据权利要求2所述的分布式屋顶光伏微电网供配电系统，其特征在于，所述功率变换器为DC/DC双向功率变换器。

9.根据权利要求1所述的分布式屋顶光伏微电网供配电系统，其特征在于，所述切换开关为ATS自动切换开关。